Установление характеристик периода смешанного расходования топлива - RU2695088C1
Код документа: RU2695088C1
Чертежи
Описание
Область техники, к которой относится изобретение
Варианты осуществления, описанные ниже, относятся к смешанному расходованию топлива, а точнее - к определению характеристик периода смешанного расходования топлива.
Предпосылки изобретения
В морском судоходстве используются разные сорта топлива для двигателей на судах. Хотя двигатели могут сжигать различные сорта топлива используя различные технологии управления впрыском топлива, определенные условия могут накладывать ограничения на используемые сорта топлива. Например, регулирующие Правила могут ограничивать сорта топлива, которые могут использоваться двигателем в зависимости от местоположения судна. В качестве конкретного примера, Правила зоны ЗКВ (зоны контроля выбросов) могут требовать использования судового маловязкого топлива (СМТ) в пределах береговой линии. Однако СМТ может быть дороже, чем другие сорта топлива, такие как тяжелое дизельное топливо (тяжелое ДТ).
Соответственно, тяжелое ДТ и другие менее дорогие сорта - могут использоваться, когда судно не подвергается действию условий. Например, тяжелое ДТ может использоваться, когда судно дальше от береговой линии, чем некоторая дистанция. По мере приближения судна к береговой линии система управления топливом может переключаться с тяжелого ДТ на СМТ - чтобы соответствовать требованиям регулирующих Правил зоны ЗКВ. Во время переключения топлива - как тяжелое ДТ, так и СМТ - протекают через систему в виде смешанного потока топлива. Время, в течение которого тяжелое ДТ и СМТ протекают через систему управления топливом вместе, - можно назвать периодом смешанного расходования топлива.
Период смешанного расходования топлива может быть не верно описан. То есть концентрация, общий поток и т. д. смешанного расходования топлива - могут быть не верно описаны. В результате, в примере с тяжелым ДТ и СМТ - система управления топливом может выполнить переключение топлива преждевременно. Из-за преждевременного переключения топлива, более дорогое топливо сорта СМТ может использоваться, даже если судно не подпадает под действие регулирующих Правил зоны ЗКВ. Это ненужное использование топлива сорта СМТ - затраты, которых можно избежать, если для периода смешанного расходования топлива определены характеристики.
Сущность изобретения
Предлагается способ установления характеристик периода смешанного расходования топлива. Согласно варианту осуществления, способ включает в себя течение смешанного топлива, состоящего, по меньшей мере, из топлива первого типа и топлива второго типа, и определение плотности топлива первого типа и плотности топлива второго типа. Способ также включает в себя определение общего расхода исходя из плотности топлива первого типа и плотности топлива второго типа.
Предлагается система управления топливом для установления характеристик периода смешанного расходования топлива. Согласно варианту осуществления, система управления топливом включает в себя первый источник топлива, имеющий первый тип топлива, второй источник топлива, имеющий второй тип топлива, и расходомер, связанный текучей средой с первым источником топлива и вторым источником топлива. Расходомер выполнен с возможностью измерения плотности топлива первого типа и плотности топлива второго типа. Система управления топливом также включает в себя контроллер, соединенный с возможностью связи с расходомером. Контроллер выполнен с возможностью определения общего расхода, исходя из плотности топлива первого типа и плотности топлива второго типа.
Аспекты
В соответствии с аспектом, способ установления характеристик периода смешанного расходования топлива включает в себя течение смешанного топлива, причем смешанное топливо состоит, по меньшей мере, из топлива первого типа и топлива второго типа, определение плотности топлива первого типа и плотности топлива второго типа и определения общего потока исходя из плотности топлива первого типа и плотности топлива второго типа.
Предпочтительно, способ дополнительно включает в себя определение времени начала смешанного расходования топлива и времени окончания смешанного расходования топлива.
Предпочтительно, способ дополнительно включает в себя определение концентрации топлива первого типа и концентрации топлива второго типа в течение периода смешанного расходования топлива.
Предпочтительно, способ дополнительно включает в себя добавление общего расхода во время смешанного расходования топлива к общему расходу одиночного потока топлива по меньшей мере одного из топлив первого типа или второго типа.
Предпочтительно, общий расход состоит из общего расхода по меньшей мере одного из топлив - первого типа, второго типа и смешанного потока топлива.
Предпочтительно, период смешанного расходования топлива определяется, по меньшей мере, исходя из одного из: изменения температуры, изменения плотности и сигнала, связанного с потоком смешанного топлива.
Предпочтительно, период смешанного расходования топлива состоит из времени начала смешанного расходования топлива и времени окончания смешанного расходования топлива.
Предпочтительно, общий расход состоит из общего массового расхода.
Согласно аспекту, система (300) управления топливом для установления характеристик периода смешанного расходования топлива включает в себя первый источник (312) топлива, имеющий первый тип топлива, второй источник (314) топлива, имеющий второй тип топлива, расходомер (5), связанный текучей средой с первым источником (312) топлива и вторым источником (314) топлива, выполненный с возможностью измерения плотности топлива первого типа и плотности топлива второго типа и контроллер (360), соединенный с возможностью связи с расходомером (5), причем контроллер (360) выполнен с возможностью определять общий расход исходя из плотности топлива первого типа и плотности топлива второго типа.
Предпочтительно, система (300) управления топливом дополнительно включает в себя первый клапан (322), связанный текучей средой с первым источником (312) топлива, и второй клапан (324), связанный текучей средой со вторым источником (314) топлива, причем первый клапан (322) и второй клапан (324) - соединены с возможностью связи с контроллером (360).
Предпочтительно, система (300) управления топливом дополнительно включает в себя устройство (350) рециркуляции, соединенное текучей средой с расходомером (5) и двигателем (20), причем устройство (350) рециркуляции выполнено с возможностью рециркуляции топлива, неизрасходованного двигателем (20), назад к двигателю (20).
Предпочтительно, контроллер (360) дополнительно выполнен с возможностью определения времени начала смешанного расходования топлива и времени окончания смешанного расходования топлива.
Предпочтительно, контроллер (360) дополнительно выполнен с возможностью определения концентраций топлив первого типа и второго типа.
Предпочтительно, контроллер (360) дополнительно выполнен с возможностью добавлять общий расход к общему расходу одиночного потока топлива, по меньшей мере, одного из топлив - первого типа или второго типа.
Предпочтительно, общий поток состоит из общего потока, по меньшей мере, одного из топлив первого типа, второго типа и смешанного расходования топлива.
Предпочтительно, период смешанного расходования топлива определяется по меньшей мере одним из: изменением температуры, изменением плотности и сигналом, связанным с потоком смешанного топлива.
Предпочтительно, период смешанного расходования топлива включает в себя время начала смешанного расходования топлива и время окончания смешанного расходования топлива.
Предпочтительно, общий расход состоит из общего массового расхода.
Краткое описание чертежей
Одна и та же ссылочная позиция соответствует одному и тому же элементу на всех чертежах. Следует понимать, что чертежи не требуется масштабировать.
На фиг. 1 показана система 100 управления топливом для установления характеристик периода смешанного расходования топлива.
На фиг. 2 показана другая система 200 управления топливом для установления характеристик периода смешанного расходования топлива.
На фиг. 3 показана другая система 300 управления топливом для установления характеристик периода смешанного расходования топлива.
На фиг. 4 показан график 400, иллюстрирующий температуру потока топлива в течение периода смешанного расходования топлива.
На фиг. 5 показана таблица 500, устанавливающая характеристики потока смешанного топлива.
На фиг. 6 показан способ 600, устанавливающий характеристики периода смешанного расходования топлива.
Подробное описание изобретения
На фиг. 1-6 и в нижеследующем описании - показаны конкретные примеры, дающие представление специалистам в данной области техники о том, как создавать и использовать предпочтительный вариант осуществления, устанавливающий характеристики периода смешанного расходования топлива. В целях разъяснения изобретательских принципов, некоторые традиционные аспекты были упрощены или опущены. Специалисты в данной области техники оценят варианты по этим примерам, которые подпадают под объем настоящего описания. Специалистам в данной области техники будет понятно, что описанные ниже признаки могут быть объединены различными способами для формирования многочисленных вариаций установления характеристик периода смешанного расходования топлива. В результате, описанные ниже варианты осуществления не ограничиваются конкретными примерами, описанными ниже, но описываются только по формуле изобретения и ее эквивалентам.
Для периода смешанного расходования топлива могут быть установлены характеристики путем определения плотности топлива первого и второго типов в потоке смешанного топлива. Концентрации - такие как процент или объем топлива первого и второго типов - могут быть определены из плотностей топлива первого и второго типов. Могут также быть определены другие свойства или характеристики смешанного потока топлива, такие как температура, скорость потока и т. д. Изменения этих свойств или сигналов, связанных с потоком смешанного топлива, таких как команды для клапанов, управляющие подачей топлива первого и второй типов, - могут использоваться для измерения периода смешанного расходования топлива. Например, изменения температуры и плотности смешанного потока топлива - могут указывать на время начала и/или время окончания периода смешанного расходования топлива.
Используя плотности топлив первого и второго типов, можно определить общий поток смешанного топлива. Зная общий поток, например, топлива первого типа через систему управления топливом, - система управления топливом может выполнять оптимальное переключение топлива. Например, когда судно приближается к области, требующей переключения топлива, - время переключения топлива может быть определено на основе характеристик периода смешанного расходования топлива. То есть, переключение топлива может происходить так, что топливо первого типа будет в значительной степени израсходовано к тому моменту, когда судно попадет в зону. Соответственно, более дорогой сорт топлива может не использоваться до тех пор, пока это не потребуется, тем самым снижая затраты на топливо, как это показано более подробно ниже.
Система управления топливом
На фиг. 1 показана система 100 управления топливом для установления характеристик периода смешанного расходования топлива. Как показано на фиг. 1, система 100 управления топливом включает в себя расходомер 5, связанный текучей средой с двигателем 20. Также показано устройство 150 рециркуляции, которое включает в себя топливную линию, транспортирующую неизрасходованное двигателем 20 топливо. Устройство 150 рециркуляции повторно возвращает неизрасходованное топливо обратно в двигатель 20 для его использования. Расходомер 5 соединен текучей средой с двигателем 20 через устройство 150 рециркуляции.
Как показано на фиг. 1, расходомер 5 может быть вибрационным расходомером, таким как расходомер Кориолиса, хотя любой подходящий расходомер может использоваться в альтернативных вариантах осуществления. Расходомер 5 может быть выполнен с возможностью измерения и/или определения свойств и характеристик топлива, протекающего через расходомер 5. Например, расходомер 5 может измерять плотность топлива, проходящего через него. Соответственно, расходомер 5 может измерять плотность топлив первого и второго типов, когда они протекают через расходомер 5. Расходомер 5 также может определять расход, такой как массовый или объемный расход топлива. Расходомер 5 также может быть выполнен с возможностью измерения температуры топлива.
Хотя расходомер 5 показан как единый интегрированный элемент, он может состоять из отдельных компонентов, распределенных по всей системе 100 управления топливом. Например, измерительная электроника в расходомере 5 может быть частью отдельного контроллера, который соединен с возможностью связи, например, с двигателем 20. Дополнительно или альтернативно, расходомер 5 может состоять из отдельных компонентов, выполняющих определенные функции, такие как: первый компонент, который измеряет плотность топлива, второй компонент, который измеряет расход и т. д. Расходомер 5 также может быть расположен в разных местах в системе 100 управления топливом. Например, расходомер 5 может быть расположен ближе к двигателю 20, быть частью устройства 150 рециркуляции и т. д.
Как показано на фиг. 1, расходомер 5 принимает топливо из источника топлива (обозначено как стрелка на фиг. 1), и направляет топливо в устройство 150 рециркуляции. Топливо, направляемое расходомером 5, смешивается с неизрасходованным топливом, получаемым от двигателя 20, в повторно смешанное топливо. Как можно понять, расходомер 5 направляет топливо в устройство 150 рециркуляции со скоростью, которая может быть близка к скорости потребления двигателем 20. Как также следует понимать, на фиг. 1 показана последовательная конфигурация. То есть, для направления топлива в двигатель 20 используется только один расходомер 5. Кроме того, скорость потребления двигателем 20 определяется по расходомеру 5. Могут использоваться другие конфигурации, как показано в следующем рассмотрении.
На фиг. 2 показана другая система 200 управления топливом для установления характеристик периода смешанного расходования топлива. Как показано на фиг. 2, система 200 управления топливом включает в себя впускные расходомеры 5i, соединенные текучей средой с двигателями 20. Расходомеры 5r обратного потока - также соединены текучей средой с двигателями 20. Также показано устройство 250 рециркуляции, которое состоит из топливной линии, по которой возвращается неизрасходованное топливо от двигателя 20. Устройство 250 рециркуляции передает возвращенное топливо обратно в двигатель 20 для расходования. Впускные расходомеры 5i соединены текучей средой с двигателем 20, а расходомеры 5r обратного потока - соединены текучей средой с впускными расходомерами 5i через устройство 250 рециркуляции. Впускные и обратные расходомеры 5i, 5r - могут быть такими же, как расходомер 5, описанный со ссылкой на фиг. 1.
Впускные расходомеры 5i принимают топливо из источника топлива (обозначен стрелкой на фиг. 2), и направляют топливо к двигателям 20. Топливо, направляемое впускными расходомерами 5i, смешивается с неизрасходованным топливом от двигателей 20 в повторно смешанное топливо. Как можно понять, впускные расходомеры 5i направляют повторно смешанное топливо к двигателям 20 со скоростью, которая может быть близка к скорости потребления двигателями 20. Скорость потребления двигателями 20 также может быть близка к разнице в скоростях потока, измеренных впускными расходомерами 5i и расходомерами 5r обратного потока. Как также следует понимать, на фиг. 2 показана параллельная конфигурация впускных расходомеров 5i, двигателей 20 и расходомеров 5r обратного потока.
Системы 100, 200 управления топливом, описанные выше, могут иметь одиночный поток топлива или поток смешанного топлива. В частности, источники топлива, обозначенные стрелками, могут состоять из топлива одного типа или смеси типов топлива. Например, топливо одного типа может быть одним из тяжелого ДТ и СМТ, а смесь типов топлива - может включать как тяжелое ДТ, так и СМТ. Соответственно, смешанный поток топлива может включать тяжелое ДТ и СМТ. Расходование смешанного топлива может иметь место в течение периода смешанного расходования топлива, который может быть периодом переключения топлива, что более подробно рассматривается ниже.
На фиг. 3 показана другая система 300 управления топливом для установления характеристик периода смешанного расходования топлива. Как показано на фиг. 3, система 300 управления топливом включает в себя источники 310 топлива, связанные текущей средой с клапанами 320. Клапаны 320 связаны текучей средой с первым смесителем 330, который выполнен с возможностью приема и смешивания топлива, подаваемого через клапаны 320. Первый смеситель 330 соединен текучей средой с расходомером 5, показанным на фиг. 3, и выполнен с возможностью подачи топлива из первого и/или второго источника 312, 314 топлива. Расходомер 5 выполнен с возможностью приема топлива и измерения свойств подаваемого топлива. Расходомер 5 соединен текучей средой со вторым смесителем 340. Второй смеситель 340 также соединен текучей средой с двигателем 20 и устройством 350 рециркуляции. Второй смеситель 340 и устройство 350 рециркуляции - соединены текучей средой с двигателем 20. Второй смеситель 340 выполнен с возможностью приема и смешивания подаваемого топлива, направляемого расходомером 5, и повторно возвращенного топлива из устройства 350 рециркуляции - в повторно смешанное топливо, и подачи повторно смешанного топлива к двигателю 20. Расходомер 5, двигатель 20, источники 310 топлива, клапаны 320 и устройство 350 рециркуляции - соединены с возможностью связи с контроллером 360.
Источники 310 топлива состоят из первого источника 312 топлива и второго источника 314 топлива. Первым источником 312 топлива может быть резервуар (например, бак дневного запаса) с первым типом топлива, подходящим для первой совокупности условий. Например, первый тип топлива может подходить для использования в зонах с менее строгими регулирующими Правилами. В одном примере, первый тип топлива может быть тяжелым ДТ, хотя любой подходящий тип топлива может подаваться от первого источника 312 топлива. Второй источник 314 топлива - также может быть резервуаром со вторым типом топлива, который подходит для второй совокупности условий. Например, второй тип топлива может подходить для использования в зонах с более строгими регулирующими Правилами. В одном примере, второй тип топлива может быть топливом СМТ, хотя любой подходящий тип топлива может подаваться от второго источника 314 топлива.
Как можно видеть, клапаны 320 включают в себя первый клапан 322 и второй клапан 324, которые соответственно связаны текучей средой с первым и вторым источниками 312, 314 топлива. Первый и второй клапаны 322, 324 - могут быть клапанами переключения топлива, управляемыми контроллером 360. Первый и второй клапаны 322, 324 - могут быть одного и того же размера или разных размеров, включать в себя субконтроллеры, датчики, такие как датчики положения, или тому подобное. Первый и второй клапаны 322, 324 - расположены вблизи первого и второго источников 312, 314 топлива и первого смесителя 330. Однако, в альтернативных вариантах осуществления, первый и второй клапаны 322, 324 могут быть удалены от первого и второго источников 312, 314 топлива.
За счет размещения вблизи первого и второго источников 312, 314 топлива, объем подаваемого топлива, находящегося между первым и вторым источниками 312, 314 топлива, и первым и вторым клапанами 322, 324 - может быть не существенным. Когда - в альтернативных вариантах - первый и второй клапаны 322, 324 расположены на отдалении от первого и второго источников 312, 314 топлива и вблизи первого смесителя 330, объем топлива, находящегося между первым и вторым клапанами 322, 324 - может быть существенным. Аналогичным образом, в этом альтернативном варианте осуществления, объем топлива, находящегося между клапанами 320 и двигателем 20 - может быть не существенным.
Первый и второй смесители 330, 340 могут быть резервуарами, выполненными с возможностью удерживать и смешивать топлива первого и второго типов в гомогенную топливную смесь. То есть, смешанное топливо равномерно состоит из принятых топлив первого и второго типов. Как можно понять, несмотря на однородность, концентрация топлив первого и второго типов может изменяться со временем. Первый и второй смесители 330, 340 могут действовать на основе различных механизмов гомогенизации топлива. Например, первый и второй смесители 330, 340 могут использовать, например, вибрации окружающей среды, перемешивающие устройства или тому подобное - для гомогенизации топлива. Между тем, любая подходящая конфигурация может быть использована в альтернативных вариантах осуществления.
Устройство 350 рециркуляции может быть выполнено с возможностью подготавливать топливо, повторно возвращаемое двигателем 20, для потребления двигателем 20. Устройство 350 рециркуляции может включать в себя регулятор давления, регулятор температуры и т.п., хотя может быть использована любая подходящая конфигурация. Подготовка топлива, повторно возвращаемого двигателем 20, может включать в себя контроллер 360, управляющий давлением, температурой и т. д., так что повторно возвращаемое топливо подходит для использования двигателем 20. Однако в альтернативных вариантах осуществления повторная подготовка топлива может включать в себя использование компонентов, которые не управляются контроллером 360.
Контроллер 360 может быть монтажной платой, которая содержит процессор, соединенный с возможностью связи с запоминающим устройством и портами ввода-вывода, хотя любой подходящий контроллер может использоваться в альтернативных вариантах осуществления. Контроллер 360 может содержать программное обеспечение, которое выполняет способы, такие как описанные здесь, для управления потоком топлива через систему 300 управления топливом, показанную на фиг. 3. Программное обеспечение может храниться в памяти и выполняться процессором в контроллере 360. Хотя контроллер 360 описан как выполненный на одиночной монтажной плате, в альтернативных вариантах осуществления другие контроллеры могут состоять из двух или более плат, таких как дополнительные платы, модули и т. п.
Как можно видеть, контроллер 360 может быть выполнен с возможностью связи с расходомером 5, двигателем 20, клапанами 320 и устройством 350 рециркуляции с использованием портов ввода/вывода. Порты ввода-вывода могут быть выполнены с возможностью связи с использованием любых соответствующих средств связи, таких как, например, последовательные, параллельные, пакетные и т. д. Контроллер 360 может принимать, например, данные измерения скорости потока от расходомера 5, данные о расходе топлива от двигателя 20, информацию о положении клапана от клапанов 320 и данные о повторном возвращении топлива от устройства 350 рециркуляции через порты ввода-вывода. Контроллер 360 может также посылать команды, такие как команды открытия/закрытия клапана, - на клапаны 320, и команды подготовки топлива - на устройство 350 рециркуляции.
Процессор в контроллере 360 может использовать данные о скорости потока, чтобы рассчитать расход смешанного топлива, протекающего через расходомер 5. Процессор в контроллере 360 также может быть выполнен с возможностью определения скорости расходования смешанного топлива, используя данные о расходе смешанного расходования топлива, передаваемые расходомером 5. Процессор в контроллере 360 также может отправлять команды на открытие и закрытие клапанов 320 через порты ввода-вывода. Команды могут отправляться одновременно или в разное время. Контроллер 360 может также содержать таймер, используемый процессором для определения времени отправки команд первому и/или второму клапанам 322, 324.
Хотя это не показано на фиг. 3, система 300 управления топливом может включать в себя дополнительные компоненты, такие как: датчики температуры или давления, клапаны регулирования потока, регуляторы давления или тому подобное. Альтернативно, другие варианты осуществления могут не использовать все компоненты, показанные на фиг. 3. Например, в других вариантах осуществления может не использоваться первый и второй смесители 330, 340, устройство 350 рециркуляции и т. д. Дополнительно или альтернативно, компоненты, показанные на фиг. 3, могут иметь другие варианты исполнения. Например, первый и второй смесители 330, 340 могут содержать датчики и/или исполнительные механизмы, которые управляются контроллером 360, - для смешивания топлива, принимаемого первым и вторым смесителями 330, 340.
Как можно понять, в варианте осуществления, показанном на фиг. 3, топливо, принятое расходомером 5, может быть от первого источника 312 топлива, второго источника 314 топлива или от обоих. Если первый клапан 322 открыт, а второй клапан 324 закрыт, то топливо, принятое расходомером 5, может состоять, по существу, из топлива первого типа. Если первый клапан 322 закрыт, а второй клапан 324 открыт, то топливо, принятое расходомером 5, может состоять, по существу, из топлива второго типа. Если оба клапана 322, 324 - первый и второй - открыты, то топливо, принятое расходомером 5, может быть смешанным топливом, состоящим из топлива первого типа и топлива второго типа.
Клапаны 320 могут быть открыты и/или закрыты в одно и то же или в разное время. Например, клапаны 320 могут находиться в состоянии, в котором первый клапан 322 открыт, а второй клапан 324 закрыт. Это состояние может использоваться, когда, например, двигатель 20 используется на судне в зоне с менее строгими правилами, которые допускают использование топлива первого типа. Когда судно перемещается в зону с более строгими регулирующими Правилами (например, правилами зоны ЗКВ), первый клапан 322 может закрываться, а второй клапан 324 может открываться. Соответственно, открытие и закрытие первого и второго клапанов 322, 324 может происходить, по существу, одновременно.
Как можно понять, топливо первого типа в системе 300 управления топливом - не сразу расходуется двигателем 20 при закрытии первого клапана 322. Например, топливо первого типа может оставаться между источниками 310 топлива и двигателем 20 в течение некоторого периода времени. Кроме того, второй тип топлива не сразу подается в двигатель 20 при открытии второго клапана 324. Топливо второго типа должно протечь от второго клапана 324 к двигателю 20 после открытия второго клапана 324. В результате, топливо как первого, так и второго типов - могут находиться между клапанами 320 и двигателем 20. Соответственно, в варианте осуществления первый тип топлива смешивается со вторым типом топлива таким образом, что концентрация топлива первого типа уменьшается со временем, а концентрация топлива второго типа увеличивается со временем, как показано ниже со ссылкой на фиг. 4.
Расходование смешанного топлива
На фиг. 4 показан график 400, иллюстрирующий температуру потока топлива в течение периода смешанного расходования топлива. Как показано на фиг. 4, график 400 включает в себя ось времени 410 и ось температуры 420. Также показаны графики 430 температуры топлива. Графики 430 температуры топлива включают в себя первый график 432 температуры топлива и второй график 434 температуры топлива. Графики 430 температуры топлива пересекают область периода 440 смешанного расходования топлива. Период 440 смешанного расходования топлива включает в себя время 440a начала смешанного расходования топлива и время 440b окончания смешанного расходования топлива.
Период 440 смешанного расходования топлива может включать в себя время переключения потока топлива. В частности, применительно к системе 300 управления топливом, показанной на фиг. 3, период 440 расхода смешанного топлива может состоять из времени между моментом, когда первый и второй клапаны 322, 324 соответственно закрыты и открыты, и когда двигатель 20 по сути работает на топливе первого типа. Как можно видеть, период 440 смешанного расходования топлива - не нулевой. То есть, топливо первого типа не сразу потребляется двигателем 20. Кроме того, второй тип топлива не сразу подается в двигатель 20.
В результате, в течение периода 440 смешанного расходования топлива, показанного на фиг. 4, концентрация топлива первого типа может уменьшаться вниз наклонно, подобно наклону на первом графике 432 температуры топлива. И наоборот, концентрация топлива второго типа может повышаться наклонно вверх со скоростью, аналогичной наклону вниз второго графика 434 температуры топлива. Однако в альтернативных вариантах осуществления могут быть использованы другие концентрации. Например, в вариантах осуществления, где первый клапан 322 открыт, а второй клапан 324 закрыт, - таким образом, концентрация топлива первого типа может увеличиваться, в то время как концентрация топлива второго типа уменьшается.
Концентрации топлива первого и второго типов в смешанном топливе могут быть определены с использованием следующих уравнений (1) и (2):
Где:
X представляет собой концентрацию топлива первого типа в смешанном топливе;
Y представляет собой концентрацию топлива второго типа в смешанном топливе;
Как можно понять, чтобы решить указанные выше уравнения, нужно знать плотности топлив
Плотности топлив
Плотность смешанного топлива
Концентрации X, Y топлив первого и второго типов, которые могут быть процентными концентрациями, - могут быть определены (например, непрерывно, дискретно и т. д.) за определенный период времени, например, в течение периода 440 смешанного расходования топлива. Например, вышеизложенные уравнения (1) и (2) могут решаться непрерывно с использованием плотностей
Когда концентрации X, Y топлив первого и второго типов определяются за период времени, расход топлив первого и второго типов может быть суммирован. Например, вышеупомянутое уравнение (1) может быть интегрировано за период времени, такой как период 440 смешанного расходования топлива, - для определения общего значения (например, массы) топлива каждого типа, использованного двигателем 20. Обобщение может также включать расход топлива до и после смешанного расходования топлива. Общий массовый расход топлива первого и второго типов - также может быть определен, например, с использованием следующего третьего и четвертого уравнений:
Где:
Как можно понять, хотя вышеизложенное предполагает, что период 440 расходования смешанного топлива определяется, когда топливо переключается с топлива первого типа на топливо второго типа, - период 440 расходования смешанного топлива может быть определен, когда топливо переключается с топлива второго топлива на топливо первого типа. Соответственно, в этом альтернативном варианте осуществления, период 440 расходования смешанного топлива может быть определен из времени начала - в правой части графика 400 - до времени окончания - в левой части графика 400. Как можно понять, различные способы могут быть использованы для определения периода времени смешанного расходования топлива.
Определение периода времени
Различные способы, которые могут быть использованы для определения периода времени смешанного расходования топлива, могут включать в себя использование изменения плотности или температуры в потоке топлива, причем контроллер 360 использует сигналы, связанные с потоком смешанного топлива, например, когда контроллер 360 устанавливает, когда команды посылаются для открытия и закрытия клапанов 320 или тому подобного, что более подробно обсуждается ниже. Однако, другие способы могут быть использованы в альтернативных вариантах осуществления.
Изменение температуры
Способ, который использует изменение температуры в потоке топлива, может устанавливать время 440а начала расходования смешанного топлива и время 440b окончания расходования смешанного топлива, - когда изменяется температура потока топлива. Использование изменений температуры в потоке топлива может включать в себя измерение температуры топлива одного из типов - первого или второго - во время одиночного потока топлива. Термин «одиночный поток топлива» может относиться к состоянию, в котором топливо в системе 300 управления топливом по существу состоит из топлива одного из типов - первого или второго, а один из соответствующих клапанов 322, 324 - первый или второй - открыт, хотя может быть использовано любое подходящее определение. Например, альтернативное определение одиночного потока топлива может относиться к ситуации, когда одно из топлив - первого и второго типов - протекает через расходомер 5. В этих и других вариантах осуществления, во время одиночного потока топлива, температура может оставаться по существу постоянной.
Когда первый и второй клапаны 322, 324 открыты и закрыты (например, одновременно), тогда температура топлива, которое может быть потоком смешанного топлива, протекающего через систему 300 управления топливом, - может меняться. Например, аналогично тому, как показано на фиг. 3, температура топлива может изменяться от температуры топлива одного из типов к температуре топлива другого типа. Время 440a начала смешанного расходования топлива может быть установлено, когда температура потока топлива превышает некоторый порог температуры. Например, когда одиночный поток топлива состоит из топлива первого типа, контроллер 360 может отслеживать температуру топлива первого типа, и, используя статистические методы, устанавливать температурный порог, используя, например, доверительный интервал.
Изменение плотности
Способ, который использует изменение плотности в потоке топлива, может устанавливать время 440а начала смешанного расходования топлива и время 440b окончания смешанного расходования топлива, когда изменяется плотность потока топлива. Плотность потока топлива может изменяться, поскольку плотность топлива первого типа может отличаться от плотности топлива второго типа. Подобно способу, который использует изменение температуры, использование изменения плотности в потоке топлива может включать в себя измерение плотности топлива одного из типов - первого или второго - во время одиночного потока топлива. Во время одиночного потока топлива плотность может оставаться по существу постоянной.
Когда первый и второй клапаны 322, 324 открыты и закрыты (например, одновременно), тогда плотность подаваемого топлива, которое может быть потоком смешанного топлива, протекающим через систему 300 управления топливом, - может меняться. Например, аналогично тому, как показано на фиг. 4, плотность топлива может меняться от плотности топлива одного типа к плотности топлива другого типа. Время 440a начала смешанного расходования топлива может быть установлено, когда плотность потока топлива превышает порог плотности. Например, когда одиночный поток топлива состоит из топлива первого типа, контроллер 360 может отслеживать плотность топлива первого типа, и, используя статистические методы, устанавливать порог плотности, используя, например, доверительный интервал.
Сигналы
Как описывалось выше со ссылкой на фиг. 3, контроллер 360 может устанавливать, когда отправляются команды для открытия и закрытия клапанов 320. Соответственно, способ, который использует сигналы, связанные с потоком смешанного топлива - такие как команды на открытие и закрытие клапанов 320 - может определять время 440а начала смешанного расходования топлива и время 440b окончания смешанного расходования топлива. Могут использоваться другие сигналы, связанные со смешанным потоком топлива, такие как, например, сигналы положения клапана, подаваемые на контроллер 360 для индикации - открыты ли клапаны 322, 324 - первый или второй.
В приведенных выше способах, топливо первого и второго типов, также, как одиночный поток топлива или поток смешанного топлива, - могут заполнять всю систему 300 управления топливом. Независимо от того, обнаружен ли одиночный поток топлива или смешанный поток топлива в определенном месте в системе 300 управления топливом, - можно полагаться на время открытия и закрытия первого и второго клапанов 322, 324, как показано далее со ссылкой на фиг. 5.
Расположение типов топлива
На фиг. 5 показана таблица 500, устанавливающая характеристики смешанного потока топлива. Таблица 500 включает в себя ряды 510 времени, указывающие: время до начала смешанного расходования топлива («ВРЕМЯ<0»), время начала расходования смешанного топлива (показано как «ВРЕМЯ=НАЧАЛО») и время окончания смешанного расходования топлива (показано как «ВРЕМЯ=КОНЕЦ»). Время начала и окончания подачи смешанного топлива может быть временем начала и окончания смешанного расходования топлива 440a, 440b, описанным выше со ссылкой на фиг. 4. Таблица 500 также содержит столбцы 520 местоположения топливной системы, которые показаны как источники топлива, устройство рециркуляции и двигатель. В таблице 500 указаны первый и второй типы топлива «ТИП 1», «ТИП 2», которые указывают, находится ли топливо первого или второго типа - «ТИП 1», «ТИП 2» - в местах, указанных в столбцах 520 местоположения топливной системы.
Таблица 500 показывает, что перед временем начала смешанного расходования топлива «ВРЕМЯ<0» - топливо в системе управления топливом, такой как система 300 управления топливом, описанная выше со ссылкой на фиг. 3, - может быть одиночным потоком топлива. Как показано на фиг. 5, одиночный поток топлива состоит из топлива первого типа «ТИП 1». Для варианта осуществления, в котором используется тяжелое ДТ в качестве топлива первого типа, - источники 310 топлива подают тяжелое ДТ. Соответственно, первый клапан 322 может быть открыт, а второй клапан 324 может быть закрыт. Кроме того, устройство 350 рециркуляции может быть заполнено тяжелым ДТ. Аналогично, двигатель 20 может потреблять тяжелое ДТ. Соответственно, вся система 300 управления топливом может быть заполнена топливом первого типа из первого источника 312 топлива.
В момент времени «ВРЕМЯ=НАЧАЛО», который является временем начала смешанного расходования топлива, источники 310 топлива могут подавать топливо второго типа «ТИП 2». Соответственно, первый клапан 322 может быть закрыт, а второй клапан 324 может быть открыт. Устройство 350 рециркуляции и двигатель 20 - могут быть заполнены обоими типами топлива - как первым, так и вторым. В варианте осуществления, где вторым типом топлива является топливо СМТ, устройство 350 рециркуляции может быть заполнено тяжелым ДТ и топливом СМТ. Аналогично, двигатель 20 может потреблять тяжелое ДТ и топливо СМТ. Соответственно, часть системы 300 управления топливом может быть заполнена одиночным потоком топлива, состоящим из топлива СМТ, а другая часть системы 300 управления топливом может быть заполнена смешанным потоком топлива, состоящим из тяжелого ДТ и топлива СМТ.
В момент времени «ВРЕМЯ=КОНЕЦ», который является временем окончания смешанного расходования топлива, источники 310 топлива могут подавать топливо второго типа «ТИП 2». Соответственно, первый клапан 322 может быть закрыт, а второй клапан 324 может быть открыт. Устройство 350 рециркуляции и двигатель 20 - могут быть заполнены топливом второго типа. В варианте осуществления, где вторым типом топлива является топливо СМТ, устройство 350 рециркуляции может быть заполнено топливом СМТ. Аналогично, двигатель 20 может потреблять топливо СМТ. Соответственно, вся система 300 управления топливом может быть заполнена топливом второго типа из второго источника 314 топлива.
Хотя вышеизложенное относится к процентным концентрациям топлива первого и второго типов «ТИП 1», «ТИП 2», могут быть использованы другие концентрации. Например, могут быть определены объемные концентрации топлив первого и второго типов «ТИП 1», «ТИП 2». Объемные концентрации топлива первого типа «ТИП 1» могут быть определены с использованием следующего уравнения (5):
Вышеизложенное уравнение (5) может быть дифференцировано для определения скорости изменения концентрации топлива первого типа. Например, скорость изменения концентрации топлива первого типа может быть определена с использованием следующего уравнения (6):
Приведенное выше уравнение (6) представляет собой дифференциальное уравнение, которое может быть проинтегрировано по времени для определения зависимости концентрации топлива первого типа «ТИП 1» от времени. Как можно понять, интегрирование приведенного выше уравнения (6) может привести к следующему уравнению (7):
Уравнение (7) можно использовать в качестве приближения для эмпирического уточнения характеристик периода смешанного расходования топлива. Например, уравнение (7) можно использовать для уточнения теоретических решений для общего потока смешанного потока топлива на основе известных значений и параметров, таких как, например, скорости смеси и т. д. Эти и другие способы могут быть использованы, как показано ниже со ссылкой на фиг. 6.
Способ
На фиг.6 показан способ 600, устанавливающий характеристики периода смешанного расходования топлива. Как показано на фиг. 6, на этапе 610 способ 600 начинается с течения смешанного топлива. Смешанное топливо состоит, по меньшей мере, из топлива первого типа и топлива второго типа. На этапе 620 в способе 600 определяют плотность топлива первого типа и топлива второго типа. Топливо первого и второго типов может быть соответственно тяжелым ДТ и топливом СМТ, получаемыми из первого и второго источников 312, 314 топлива, как описано выше. На этапе 630 в способе 600 устанавливают общий расход во время периода смешанного расходования топлива. Общий расход устанавливается по плотности топлива первого типа и плотности топлива второго типа.
На этапе 610 способ 600 может приводить к тому, что первый и второй источники топлива обеспечивают подачу смешанного топлива к расходомеру 5, показанному на фиг. 3. Подача смешанного топлива может быть обеспечена путем открытия и закрытия клапанов 320. Например, если система 300 управления топливом имеет одиночный поток топлива, состоящий из топлива первого типа, тогда первый клапан 322 может быть закрыт, а второй клапан 324 может быть открыт, так что источники 310 топлива переключаются с топлива первого типа на топливо второго типа. Однако, топливо первого типа все еще может присутствовать в системе 300 управления топливом, как показано на фиг. 3. Соответственно, топливо, текущее через расходомер 5, может быть смешанным потоком топлива во время периода смешанного расходования топлива.
На этапе 620 способ 600 может использовать расходомер 5 для измерения плотностей топлива первого и второго типов. Расходомер 5 может измерять плотность с использованием любых подходящих средств. Измеренные плотности могут быть предоставлены контроллеру 360. Контроллер 360 может использовать плотности для определения концентраций топлив первого и второго типов. Например, контроллер 360 может выполнять способы, которые используют приведенные выше уравнения (1) и (2). Однако плотность может быть использована для определения любого подходящего свойства жидкости или характеристики.
На этапе 630 способ 600 может устанавливать общий расход во время периода смешанного расходования топлива, такой как период 440 смешанного расходования топлива, описанный выше. Период смешанного расходования топлива может быть установлен с использованием свойств текучей среды, таких как изменения плотности или температуры потока топлива, или тому подобных. Период смешанного расходования топлива также может быть установлен по сигналам - таким как сигналы открытия и закрытия клапана, которые отправляются и/или принимаются контроллером 360. Общий расход, установленный во время периода смешанного расходования топлива, может представлять собой, например, общий массовый расход, установленный с использованием концентраций топлив первого и второго потоков, используя приведенные выше уравнения (3) и (4).
Как было рассмотрено выше, система 300 управления топливом и способ 600 - могут устанавливать характеристики периода 440 смешанного расходования топлива. Система 300 управления топливом может включать в себя расходомер 5, выполненный с возможностью определения плотности топлива первого типа и топлива второго типа в потоке смешанного топлива. Используя плотности топлив первого и второго типа, можно определить общий расход потока смешанного топлива. Зная общий поток, например, топлива первого типа через систему 300 управления топливом, система 300 управления топливом может выполнять оптимальное переключение топлива. Например, когда судно приближается к зоне, требующей переключения топлива, время переключения топлива может быть определено на основе характеристик смешанного расходования топлива. То есть, переключение топлива может происходить таким образом, что топливо первого типа в достаточной степени израсходовано к тому моменту, когда судно попадет в зону. Соответственно, более дорогой сорт топлива может не использоваться до тех пор, пока этого не потребуется, тем самым снижая затраты на топливо.
Подробное описание приведенных выше вариантов осуществления не является исчерпывающим описанием всех вариантов осуществления, предусмотренных изобретателями в пределах объема настоящего описания. Действительно, специалисты в данной области техники поймут, что некоторые элементы описанных выше вариантов осуществления могут быть по-разному объединены или исключены для создания дополнительных вариантов осуществления, и такие дополнительные варианты осуществления подпадают под объем и предмет настоящего описания. Специалистам в данной области техники также будет очевидно, что описанные выше варианты осуществления могут быть объединены целиком или частично для создания дополнительных вариантов осуществления в пределах объема и предмета настоящего описания.
Таким образом, хотя конкретные варианты осуществления описаны здесь в иллюстративных целях, возможны различные эквивалентные модификации в рамках настоящего описания, как будет понятно специалистам в данной области техники. Представленные здесь положения могут быть применены к другим системам и способам, которые характеризуют период смешанного расходования топлива, а не только к вариантам осуществления, описанным выше и показанным на прилагаемых чертежах. Соответственно, объем описанных выше вариантов осуществления должен определяться из следующей далее формулы изобретения.
Реферат
Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности к определению характеристик периода смешанного расходования топлива. Техническим результатом является повышение эффективности установления характеристик периода смешанного расходования топлива. Предложен способ установления характеристик периода смешанного расходования топлива, включающий: течение смешанного топлива, состоящего, по меньшей мере, из топлива первого типа и топлива второго типа, определение плотности топлива первого типа и плотности топлива второго типа, и определение общего расхода по плотности топлива первого типа и плотности топлива второго типа. Также дополнительно определяют время начала смешанного расходования топлива и время окончания смешанного расходования топлива, а общий поток периода смешанного расходования топлива состоит из общего потока по меньшей мере одного из топлив: первого типа, второго типа и смешанного потока топлива. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 6 ил.
